Während bei einem Klemmgesperre eine Relativdrehung zwischen zwei Ma- schinenteilen in beiden Richtungen gesperrt ist, ist bei einer Freilaufkupplung eine Relativdrehung der beiden Maschinenteile in lediglich einer Drehrichtung eines der beiden Maschinenteile gesperrt.

Hintergrund der Erfindung Aus der DE 39 11 075 beispielsweise ist eine lastschaltbare Freilaufkupplung bekannt geworden, bei der unter Drehung eines Klemmrollenkafigs die Klemm- rollen azurer Klemmeingriff mit den keilförmigen Klemmspalten gebracht wer- den können. Die keilförmigen Klemmspalten werden durch eine zylindrische Klemmbahn eines Klemmringes und durch keilförmige Klemmrampen an Seg- menten begrenzt. Wenn ein Drehmoment zwischen den Segmenten und dem Klemmring ubertragen wird, sind die Klemmrollen in ihren Klemmspalten einge-

spannt. Ein Freischalten der Klemmrollen unter Last erfordert einen hohen Kraftaufwand, wobei unerwunschte Schaltgeräusche auftreten, wenn die Klemmrollen aus den Klemmkontakt herausschnellen. Das Schalten unter Last wird hier dadurch vereinfacht, daR die Segmente radial beweglich ausgebildet sind. Vor dem Freischalten der Klemmrollen werden hier zunächst die Seg- mente radial einwarts bewegt, so daß die Einspannkraft von den Klemmrollen zumindest teilweise entfernt wird. Sodann können die Klemmrollen mittels Dre- hung des Klemmrollenkafigs problemlos aus den keilförmigen Klemmspalten heraus verlagert werden. Derartige lastschaltbare Freilaufkupplungen sind je- doch aufwendig, da mehrere uber den Umfang verteilt angeordnete Segmen- ten benötigt werden, die jeweils radial beweglich ausgebildet sein mussen.

Aufgabe der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vereinfachte schaltbare Kupplung anzugeben, bei der das Freischalten der Klemmelementen unter einer Last problemlos moglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schiebeein- richtung vorgesehen ist, um quer zu den keilförmigen Klemmspalten eine Rela- tivverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klemmelemen- ten und wenigstens einer die keilförmigen Klemmspalte begrenzenden Klemm- bahnen durchzufuhren.

Wenn die Klemmelemente in den keilförmigen Klemmspalten eingekeilt sind, liegt eine Haftreibung in den Kontaktstellen zwischen den Klemmelementen und den Klemmbahnen vor. Wenn nun die erwahnte Relativverschiebung durchgefuhrt wird, wird zumindest in einem der Klemmkontakte die Haftreibung aufgehoben und eine Gleitreibung liegt vor. Da jedoch der Reibungskoeffizient bei Gleitreibung kleiner ist als bei Haftreibung, können nun die eingekeilten Klemmelemente aus ihren keilförmigen Klemmspalten heraus mit deutlich re-

duziertem Kraftaufwand verlagert werden, ohne dafl starke Schaltstöße auf- treten.

In anderen Worten ausgedruckt aRt sich die Erfindung auch wie folgt be- schreiben: Ein Klemmverband liegt vor, wenn die Klemmelemente in ihren Klemmspalten eingeklemmt bzw. eingekeilt sind. Im Klemmkontakt der Klem- melemente mit den Klemmbahnen liegt Haftreibung vor. Die aus Reibkraft und Normalkraft resultierende Kraft liegt demzufolge innerhalb des Reibkegels.

Unter Haftreibung bleibt das Klemmelement solange in Ruhe, bis die Reibkraft einen Grenzwert erreicht, der aus dem Produkt der Normalkraft mit dem Haf- treibungskoeffizienten fur die gewahlte Werkstoffpaarung gebildet ist. Wird im Klemmkontakt die Haftreibung uberwunden und damit eine Bewegung erzeugt, so liegt die resultierende Kraft auflerhalb des Reibkegels, wobei der Gleitrei- bungskoeffizient kleiner als der Haftreibungskoeffizient ist. Erfindungsgemäß stellt sich diese Situation dadurch ein, dafl der Normalkraft eine Querkraft uberlagert wird-also die Kraft, die die Relativverschiebung quer zum Klemm- spalt bewirkt-, die resultiernde Kraft kommt deshalb gezielt außerhalb des Reibkegels zur Wirkung. Ein Freischalten ist demzufolge auch unter Last ein- wandfrei möglich.

Die Schiebeeinrichtung und das Schaltelement sind vorzugsweise derart mit- einander gekoppelt, daß während der beschriebenen Relativverschiebung das Freischalten der Klemmrollen mittels des Schaltelementes erfolgt.

Die Klemmbahnen sind vorzugsweise an einander zugewandten ringförmigen Mantelflachen von ersten und zweiten Maschinenteilen gebildet, wobei die eine Klemmbahn zylindrisch ausgebildet und wobei die andere Klemmbahn durch mehrere uber den Umfang verteilt angeordnete Klemmrampen gebildet ist. Im Fall eines Klemmgesperres verjungen sich die einen keilformigen Klemmspalte in der einen Richtung und die anderen Klemmspalte in der entgegengesetzten Richtung.

Das erste Maschinenteil kann gegenüber dem zweiten Maschinenteil axial ver-

schoben werden, oder umgekehrt. Weiterhin ist es möglich, lediglich die Klemmelemente zu verschieben, wobei das erste und zweite Maschinenteil axial in ihren Positionen verbleiben.

Es bietet sich an, das Schaltelement mit einem dritten Maschinenteil vorzugs- weise drehelastisch zu verbinden, um eine Drehbewegung von dem dritten Maschinenteil auf das Schaltelement zu ubertragen. Das dritte Maschinenteil kann beispielsweise als Spindelmutter ausgebildet, die auf einer Gewindespin- del angeordnet ist. Wird nun beispielsweise an der Gewindespindel gezogen oder gedrückt und diese dabei verdrehsicher gehalten, so wird eine Drehung der Spindelmutter erzwungen. Mit der Spindelmutter wird ebenfalls das Schal- telement gedreht, um die Klemmrollen außer Klemmeingriff mit den keilförmi- gen Klemmspalten zu bringen.

Die Schiebeeinrichtung kann einen Schaft umfassen, auf dem das eine erste oder zweite Maschinenteil axial verschiebbar angeordnet ist. Der Schaft ist vorzugsweise koaxial zu der zylindrischen Klemmbahn ausgebildet, wobei das eine erste oder zweite Maschinenteil auf dem Schaft einwandfrei geführt sein kann, beispielsweise mittels eines Gleitlagers.

Es bietet sich an, den Schaft an dem dritten Maschinenteil auszubilden. Auf diese Weise kann die Teilevielzahl der erfindungsgemäßen schaltbaren Kupp- lung reduziert werden.

Das Schaltelement kann unter Zwischenschaltung eines drehelastischen Zwi- schengliedes mit dem dritten Maschinenteil verbunden sein, wobei eine Rela- tivdrehung zwischen dem Schaltelement und dem dritten Maschinenteil entge- gen einer Federkraft des drehelastischen Zwischengliedes erfolgt. Diese Mars- nahme ist vorteilhaft, da ein weiches Anlaufen des Schaltelementes an die Klemmelemente erreicht wird. Weiterhin ist es möglich, daß eine weitergehen- den Drehung des dritten Maschinenteiles erfolgen kann, selbst wenn das Schaltelement bereits an den Klemmelementen anliegt. Diese weitergehende Drehbewegung des dritten Maschinenteils kann in vorteilhafter Weise genutzt

werden, um die Relatiwerschiebung zwischen dem im Klemmkontakt angeord- neten Klemmelementen und wenigstens einer die keilförmigen Klemmspalte begrenzenden Klemmbahnen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird die Dreh- bewegung des dritten Maschinenteiles in eine axiale Bewegung eines der bei- den ersten oder zweiten Maschinenteile umgewandelt.

Das Zwischenglied kann beispielsweise durch einen elastisch verdrehbaren Ring gebildet sein, der mit seiner AuRenseite mit dem Schaltelement und dem mit seiner Innenseite mit dem dritten Maschinenteil drehfest verbunden ist. Derartige drehelastische Ringe können beispielsweise aus einem Elastomer wie Kautschuk oder Kautschukmischungen gebildet sein. Diese drehelasti- schen Ringe sind preiswert, einfach herzustellen und leicht zu montieren.

Das Schaltelement kann dabei in bekannter Weise mit Schaltklauen versehen sein, die zum Freischalten an den Klemmelementen angreifen. In ebenfalls bekannter Weise können die Schaltklauen an einem Ringkörper ausgebildet sein.

Die Relativverschiebung zwischen den im Klemmkontakt angeordneten Klem- melementen und wenigstens einer die keilförmige Klemmspalten begrenzenden Klemmbahnen kann durch ein Getriebe ermöglicht werden, das eine Schwenk- bewegung des dritten Maschinenteiles gegenuber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil in eine Axialbewegung des einen ersten oder zweiten Maschinenteiles umwandelt. Diese Axialbewegung des ersten einen oder zweiten Maschinenteiles hebt die Haftreibung im Klemmkontakt auf und löst sie durch eine Gleitreibung ab, wobei die oben erwähnten vorteilhaften Effekte eintreten. Das Schaltelement kann bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbil- dung in vorteilhafter Weise mit dem dritten Maschinenteil verbunden sein.

Denn wenn das dritte Maschinenteil schwenkt und dadurch die beschriebene Axialbewegung auslöst, kann zugleich das Freischalten der Klemmelemente erfolgen, weil das Schaltelement gemeinsam mit dem dritten Maschinenteil dreht.

In manchen Anwendungen mag es zweckmäßig sein, das dritte Maschinenteil mit dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil zu kuppeln, damit ein Drehmoment zwischen diesen beiden Maschinenteilen ubertragen werden kann.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht ein Getriebe vor, das zugleich diese Kupplungsfunktion ubernimmt. Danach kann das Getriebe vorzugsweise Sperrkorper, wie Sperrkugeln und Sperrrollen aufweisen, die jeweils in zwei einander gegenuberliegenden Mulden angeordnet sind, die an dem einen er- sten oder zweiten Maschinenteil und an dem dritten Maschinenteil ausgebildet sind. Dieses Getriebe ist einfach herzustellen, da als Sperrkorper handelsubli- che Kugeln oder Rollen verwendet werden können, wobei die Mulden bei- spielsweise spanlos durch Tiefziehen oder Prägen preiswert hergestellt werden können.

Die Mulden sind in vorteilhafter Weise durch rampenförmige Mande begrenzt, wobei infolge einer Verdrehung des dritten Maschinenteiles gegenüber dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil die Sperrkörper entlang den rampen- förmigen Wänden der Mulden bewegt werden, wodurch eine axiale Relativver- schiebung mit dem einen ersten oder zweiten Maschinenteil und dem dritten Maschinenteil erzwungen wird.

Das Getriebe ermoglicht demzufolge zweierlei: Zunachst ist gewährleistet, daR das dritte Maschinenteil nicht frei drehbar ist, da ein in das Maschinenteil ein- geleitetes Drehmoment tuber dans eine erste oder zweite Maschinenteil und uber die eingekeilten Klemmelemente in das andere erste oder zweite Maschinenteil weitergeleitet wird. Wenn das andere erste oder zweite Maschinenteil drehfest angeordnet ist, kann das dritte Maschinenteil zunachst nicht gedreht werden. Bei einem Anstieg eines in das dritte Maschinenteil eingeleiteten Drehmomen- tes findet die beschriebene Verlagerung der Sperrkörper in den Mulden statt, wobei die erwähnte axiale Relativverschiebung durchgefuhrt wird.

In vorteilhafter Weise kann nun unter dieser Drehung des dritten Maschinen-

teiles das Schaltelement mitgedreht werden, um die im Klemmeingriff mit den keilformigen Klemmspalten angeordneten Klemmelemente außer Klemmeingriff zu bringen.

Die erfindungsgemäße schaltbare Kupplung kann vorzugsweise dann einge- setzt werden, wenn eine Relativbewegung zwischen Maschinenelementen erst nach Uberwindung eines Anfangsdrehmomentes ermöglicht sein soll, wobei nach Uberwindung dieses Anfangsdrehmomentes eine weitere Bewegung zwi- schen diesen Körpern mit einem erheblich reduzierten Drehmoment ermöglicht sein soll.

Mit dieser erfindungsgemä#en schaltbaren Kupplung ist weiterhin in orteil- hafter Weise sichergestellt, daß nach dem Beenden einer Verschiebung zwi- schen diesen Körpern zunachst wieder das erwähnte Anfangsdrehmoment uberwunden werden muR, um eine weitere Bewegung zu ermöglichen.

Weiterhin gewährleistet die erfindungsgemaRe schaltbare Kupplung, dafl eine Arretierung der beiden Maschinenelemente-jedenfalls bis zur Uberwindung des Anfangsdrehmomentes-in jeder beliebigen Stellung, also stufenlos mog- lich ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren Ausfuhrungs- beispieles nager erlautert. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemä#es Klemm- gesperre und Figur 2 einen Querschnitt durch das erfindungsgemä#e Klemmge- sperre aus Figur 1 und

Figur 3 einen Ausschnitt eines Getriebes, daß in dem erfindungs- gem6flen Klemmgesperre angeordnet ist.

Ausftihrliche Beschreibung der Zeichnungen Ein erstes ringförmiges Maschinenteil 1 ist koaxial auf einem zweiten Maschi- nenteil 2 angeordnet. An einander zugewandten Mantelflachen ist das erste Maschinenteil 1 mit einer zylindrischen Klemmbahn 3 und das zweite Maschi- nenteil 2 mit mehreren uber den Umfang verteilt angeordneten Klemmrampen 4 versehen. Die zylindrische Klemmbahn 3 und die Klemmrampen 4 begrenzen keilförmige Klemmspalten 5, in denen Klemmrollen 6 angeordnet sind. Die Klemmrollen 6 sind von Federn 7 in ihre Klemmspalten 5 hineingefedert.

Weiterhin ist ein Schaltelement 8 vorgesehen, um die Klemmrollen 6 azurer Klemmeingriff mit den keilformigen Klemmspalten 5 zu bringen. Dieses Schal- telement 8 ist zugleich als Kafig ausgebildet, in dessen Taschen 9 die Klemm- rollen angeordnet sind. Weiterhin ist das Schaltelement 8 mit an einem Ring- körper 10a angeordneten Schaltklauen 10 versehen, die zwischen umfangssei- tig einander benachbarten Paaren von Klemmrollen 6 eingreifen. Weiterhin ist das Schaltelement 8 mit Mitnehmern 11 versehen, die in einer gewahlten Dreh- richtung nach dem Freischalten der Klemmrollen 6 gegen das zweite Maschi- nenteil 2 anschlagen und dieses formschlussig mitdrehen.

Weiterhin ist eine Schiebeeinrichtung 12 vorgesehen, die einen Schaft 13 um- faRt, auf dem das zweite Maschinenteil 2 axial beweglich gefuhrt ist. Der Schaft 12 ist einstuckig mit einer Spindelmutter 14 verbunden, die auf einer nicht dar- gestellten Gewindespindel angeordnet ist.

Das Schaltelement 8 ist unter Zwischenschaltung eines elastisch verdrehbaren Rings 15 auf der Spindelmutter 14 angeordnet, wobei die Auflenseite des Rings 15 an dem Schaltelement 8 und die Innenseite an der Spindelmutter 14 befestigt ist.

Weiterhin ist ein Getriebe 16 vorgesehen, das zwischen dem zweiten Maschi- nenteil 2 und der Spindelmutter 14 angeordnet ist. An einander zugewandten Stirnflachen des zweiten Maschinenteils 2 und der Spindelmutter 14 sind meh- rere uber den Umfangs verteilt angeordnete, durch rampenförmige Mande 17a, 18a begrenzte Mulden 17,18 ausgebildet, wobei in zwei einander gegenuber- liegende Mulden 17,18 je eine Sperrkugel 19 eingreift.

Figur 3 zeigt in gebrochener Darstellung einen Schnitt mit den Mulden 17,18 und den darin angeordneten Sperrkugeln 19.

Die Spindelmutter 14 ist an ihren beiden axialen Enden jeweils uber ein Rillen- kugellager 20 an dem ersten Maschinenteil 1 radial und axial gelagert.

Weiterhin sind Tellerfedern 21 vorgesehen, die einerseits uber das Rillenku- gellager 20 an der Gewindespindel 14 abgestutzt sind, und die andererseits an dem zweiten Maschinenteil 2 angreifen und dieses axial in Richtung auf die Sperrkugeln 19 drucken, so daß die Sperrkugeln 19 unter der axialen Kraft der Tellerfedern 21 in ihren Mulden 17,18 eingespannt sind.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemaRen schaltbaren Klemmgesperres naher erlautert.

Wenn auf die nicht dargestellte Gewindespindel ein axialer Druck oder Zug ausgeubt wird, wird entsprechend der Gewindesteigung ein Drehmoment auf die Spindelmutter 14 ausgeubt. Dieses Drehmoment wird uber die Sperrkugeln 19 in das zweite Maschinenteil 2 und von dort uber die eingeklemmten Klemm- rollen 6 in das erste Maschinenteil 1 eingeleitet. Wenn das erste Maschinenteil 1 ortsfest ist, kann demzufolge zunächst keine Drehbewegung eingeleitet wer- den. Wird der Zug oder Druck auf die Gewindespindel und damit das auf die Spindelmutter 14 ausgeübte Drehmoment grower, beginnt die Spindelmutter 14 zu drehen, wobei die Sperrkugeln 19 entlang den rampenförmigen Wänden 17a, 18a der Mulden 17,18 verlagert werden. Unter dieser Verlagerung der Sperrkugeln 19 wird das zweite Maschinenteil 2 entgegen der Federkraft der

Tellerfedern 21 auf dem Schaft 13 axial verlagert. Diese axiale Veriagerung wird zusatzlich dadurch unterstutzt, dafl die auf die Gewindespindel einwirken- de axiale Kraft auf die Spindelmutter 14 und ubertragen und damit der Kraft der Tellerfedern 21 entgegengesetzt wird.

Während dieser axialen Verlagerung des zweiten Maschinenteils 2 wird das auf der Spindelmutter 14 befestigte Schaltelement 8 ebenfalls gedreht, wobei die Schaltklauen 10 zunächst zur Anlage an die Klemmrollen 6 gelangen, um schließlich die Klemmrollen 6 azurer Klemmeingriff mit ihren keilförmigen Klemmspalten 5 zu bringen. Diese uberlagerten Bewegungen in axialer und in Umfangsrichtung ermöglichen ein problemloses Freischalten der Klemmrollen 6 auch unter Last. Durch die axiale Verlagerung des zweiten Maschinenteils 2 findet eine erzwungene Relativverschiebung zwischen dem zweiten Maschi- nenteil 2 und den Klemmrollen 6 statt, so daß Gleitreibung zwischen den Klemmrollen 6 und dem zweiten Maschinenteil 2 vorliegt. Da der Reibungs- koeffizient fur Gleitreibung bei einer Werkzeugpaarung Stahl-Stahl niedriger ist als der Reibungskoeffizient fur Haftreibung, sind die erforderlichen Freischalt- kraft reduziert, die von dem Schaltelement 8 aufgebracht werden mussen.

Nach dem Freischalten der Klemmrollen 6 fallut das Drehmoment deutlich ab, unter dem die Spindelmutter 14 gedreht werden kann: Denn nun ist der Klemmverband zwischen dem ersten Maschinenteil 1 und dem zweiten Ma- schinenteil 2 aufgehoben, so daR die Spindelmutter 14 gemeinsam mit dem zweiten Maschinenteil 2 umlauft.

Wird der axiale Druck oder Zug von der nicht dargestellten Gewindespindel weggenommen, stoppt die Spindelmutter 14, so daR kein Drehmoment von der Spindelmutter 14 auf das Schaltelement 8 ubertragen wird. Nun werden die Klemmrollen 6 unter der Druckkraft der Federn 7 erneut in ihre Klemmspalten 5 hineingedruckt, so daR die Klemmbereitschaft wieder hergestellt ist. Ein er- neutes Aufheben der Klemmverbindung zwischen dem ersten Maschinenteil 1 und dem zweiten Maschinenteil 2 kann bei Bedarf in der beschriebenen Weise wiederholt werden.

In einer Ruhestellung mu# demzufolge zunächst ein Anfangsdrehmoment uberwunden werden, um den Klemmverband aufzuheben, wobei nach Aufhe- ben des Klemmverbandes eine Drehung mit deutlichen reduziertem Drehmo- ment möglich ist. Es sind beliebige Haltepositionen ansteuerbar.

Bezugszeichen <BR> <BR> 1 erstes Maschinenteil<BR> 2 zweites Maschinenteil 3 zylindrische Klemmbahn 4 Klemmrampe 5 Klemmspalt 6 Klemmrolle 7 Feder 8 Schaltelement 9 Tasche 10 Schaltklaue 10aRing 11 Mitnehmer 12 Schiebeeinrichtung 13 Schaft<BR> 14 Spindel 15Ring 16 Getriebe 17Mulde Wand17arampenförmige 18Mulde 1 8a rampenförmige Wand 19 Sperrkugel 20Rillenkugellager 21 Tellerfeder